Le monde microbien

Le monde microbien
I] Le contrôle des microorganismes
Les microorganismes sont bénéfiques et nécessaires au bien être humain mais certaines activités
microbiennes peuvent avoir des conséquences indésirables comme la détérioration de la nourriture ou
la maladie. En conséquence il est indispensable de pouvoir détruire ces microorganismes ou d'inhiber
leur développement de manière à minimiser leurs effets destructeurs. En bref, il est indispensable de les
contrôler.
Les moyens de contrôle sont nombreux, parmi eux :
- des agents physiques comme la température ou encore les radiations
- des agents chimiques, certains sont très actifs et nocifs non seulement pour les microorganismes mais
également pour les cellules de l'hôte infecté. De ce fait ces agents ne seront pas utilisés comme
médicaments.
- des agents chimiques à toxicité sélectives, c'est à dire qui vont avoir pour cibles les microorganismes
et qui seront donc utilisés en thérapeutique.
Dans ce chapitre, nous étudierons les deux premiers types d'agents.
I.1) Le contrôle des microorganismes par les agents physiques et chimiques - Généralités
a) Définition des termes fréquemment utilisés
Exemple : le traitement appliqué sur de la vaisselle ou sur des instruments chirurgicaux vise dans les
deux cas à éliminer les microorganismes ainsi que la matière organique. C'est un processus de
nettoyage mais dans le cadre de la vaisselle, le but à atteindre est une élimination partielle des
microorganismes (le plus possible), dans le deuxième cas, il faut arriver à une "destruction totale" de la
population microbienne.
- Stérilisation : C'est le procédé par lequel on détruit ou on élimine d'un objet ou d'un lieu toutes les
cellules vivantes, les spores viables et les virus. Un objet stérile est totalement dépourvu de
microorganismes et de spores, l'agent chimique qui permet la stérilisation est appelé agent stérilisant.
- Spores : Corpuscules reproducteurs de certaines cellules eucaryotes
- Spores bactériennes : formation arrondie sous laquelle peuvent se présenter certaines bactéries et qui
sont plus résistantes à des conditions défavorables que les formes végétatives correspondantes.
- Désinfection : C'est la destruction, l'inhibition ou l'élimination des microorganismes potentiellement
pathogènes. Les désinfectants sont des agents généralement chimiques et employés sur des objets.
Lorsqu'on utilise un désinfectant, on obtient pas toujours l'élimination totale des microorganismes car il
peut rester des spores et quelques microorganismes.
- Décontamination : Elle est associée à la désinfection, par ce processus, la population microbienne est
réduite à des niveaux considérés sans dangers par les normes de santé publique. Exemple : des agents
de décontamination sont utilisés pour nettoyer la vaisselle dans les restaurants ou dans les industries
agroalimentaires.

Jusqu'ici nous avons défini des traitements utilisés sur de la matière mais il est souvent nécessaire d
'éliminer des microorganismes sur des tissus vivants
- Antisepsie : C'est la prévention de l'infection par l'utilisation d'antiseptiques qui sont des agents
chimiques à toxicité sélective appliquée sur le tissus dans le but de détruire ou d'inhiber le
développement des agents pathogènes.
Agents antimicrobiens :
 Effet destructeur : suffixe -cide (germicide, bactéricide, virucide, algicide, fongicide, sporicide, ...)
 Blocage de la croissance : suffixe -statique (bactériostatique, ...)
b) Cinétique de la létalité microbienne
La mort des microorganismes n'est pas immédiate, elle est généralement exponentielle, c'est à dire
qu'une même fraction de population est tuée à intervalle de temps constant.
( Figure 5 - tableau 3 )
Expérience microbienne :
* La population microbienne est de 10^6 cellules à t0
* 90% des microorganismes meurent chaque minute
* Les microorganismes sont dans le même état physiologique au début de l'expérience (même
sensibilité au traitement appliqué)
Pour calculer cinétique de la létalité des microorganismes, on trace le logarithme du nombre de
survivants en fonction du temps et on obtient une droite caractérisée par le taux de mortalité (pente de
la droite). Le taux de mortalité est d'autant plus grand que le traitement est efficace. Au bout d'un
certain temps de traitement, le taux de mortalité peut diminuer du fait de l'apparition de
microorganismes résistants.
Le problème qui se pose dans une telle étude de cinétique est le test de viabilité. Savoir quand le
microorganisme est mort ou vivant. Ce problème se pose parce que l'on va mettre en culture les
microorganismes restant, et cette mise en culture sera très variable en fonction du type de
microorganisme dont on veut étudier la survie.
- Problème pour choisir la composition du milieu de culture (il n'existe pas de règle générale
permettant de choisir le type de milieu du fait que les exigences nutritionnelles des microorganismes
sont très variables)
- Problème du choix des conditions de culture c'est à dire :
- du pH (les levures et les moisissures se développent à pH acide (3-6), les bactéries
se développent à pH neutre voire légèrement alcalin (7-7,5) ), la tolérance des microorganismes est
assez large Exemple : E-coli (4-8)
- de la température, on peut classer les microorganismes en trois groupes :
- mésophiles (environ 30 ºC)
- psychrophiles (environ 0 ºC)
- thermophiles (environ 50 ºC)
Cette classification est très schématique et simplificatrice puisqu'il existe par
exemple des thermophiles facultatifs mésophiles
- Problème d'adaptation parfois nécessaire. Dans certains cas, les microorganismes, à la suite
d'un traitement ne peuvent pas se multiplier dans leur milieu habituel, il faut les revivifier en les
mettant d'abord au contact d'une solution particulière.
c) Facteurs influençant l'action anti-microbienne
- Généralité : La destruction des microorganismes ou l'inhibition de leur développement n'est pas
simple car l'efficacité d'un agent anti-microbien dépend d'au moins six facteurs.

- Taille de la population microbienne (plus la population microbienne est initialement
importante, plus il faudra de temps pour la réduire fortement et aller jusqu'à la destruction)
- Composition de la population (l'efficacité d'un agent varie fortement avec le type de
microorganisme traité car tous n'ont pas la même sensibilité
Ex : les spores bactériennes sont en général plus résistantes à la plupart des
traitements que les formes végétatives, des cellules jeunes sont en général plus sensibles que des
cellules issues d'une culture plus vieille. Au sein d'un même microorganisme, certaines espèces sont
plus résistantes que d'autres comme la bactérie Mycobacterium tuberculosis (responsable de la
tuberculose)
- Concentration ou intensité de l'agent anti-microbien. Souvent mais pas toujours, plus un
agent chimique est concentré ou plus un agent physique est intense, plus les microorganismes sont
détruits rapidement. En général, l'efficacité d'un agent chimique augmente de façon exponentielle avec
une augmentation de la concentration. Ceci est vrai dans une certaine gamme de concentration mais
passé une certaine valeur, une grande augmentation de la concentration entraîne une faible
augmentation de l'efficacité. Dans certains cas, un agent sera plus efficace à faible concentration. En
effet, l'éthanol est plus efficace à 70% par rapport à 95%
- La Durée de l'exposition. Plus le traitement est long, plus le nombre de microorganismes tués
sera grand. Pour réussir une stérilisation, il faut un temps de traitement suffisant pour réduire la
probabilité de survie à 10^-6 au moins
- La Température. Une accroissement de la température à laquelle une substance chimique agit
augmente souvent son activité. Dans le cas d'une utilisation industrielle, il faudra considérer la
température et la concentration à condition d'avoir un atout économique.
- L'environnement local. Les microorganismes que l'on souhaite détruire ou dont on veut
inhiber la croissance ne sont pas isolés. On fait ça dans un environnement qui va soit offrir une
protection, soit favoriser leur destruction.
Favorisant de la destruction : La chaleur tue plus facilement à pH acide, de cette
façon, les boissons type jus de fruits seront plus facilement pasteurisées que des boissons neutres voire
légèrement basiques comme le lait.
Offre un protection : La matière organique peut protéger les microorganismes contre
la chaleur et les désinfectants chimiques. De ce fait, il est préférable de nettoyer des objets avant de les
désinfecter ou de les stériliser. Dans le cas de la préparation de l'eau potable, plus l'eau est chargée en
matière organique, plus il faut rajouter du chlore.
I.2) Utilisation d'agents physiques
Les microorganismes sont capables de se développer dans certaines conditions physico-chimiques
Dans des conditions défavorables, ils ne pourront plus se multiplier et pour certains ils seront menacés
de survie donc traitement en milieu défavorable.
L'exemple le plus évident est le traitement par la chaleur mais on utilise généralement trois types
d'agents physiques : les radiations et la filtration.
a) La chaleur
Le feu est l'eau bouillante sont utilisés pour la stérilisation et la désinfection depuis l'antiquité.
Aujourd'hui, la chaleur est encore un des moyens les plus courants de destruction des microorganismes.
On distingue deux types de chaleur:
- La chaleur humide
- La chaleur sèche
a) Chaleur humide
A 100ºC on détruit facilement les virus, les mycéts et les bactéries. En général, quelques minutes
suffisent à la destruction de ces microorganismes. On peut même détruire les spores eucaryotes.
Cependant, les spores bactériennes résistent à des heures d'ébullition. De ce fait, l'ébullition sera

utilisée pour une désinfection et non pas pour une stérilisation. Ce traitement à 100ºC sera utilisé pour
désinfecter des solutions et des objets qui peuvent être immergés dans l'eau.
Etant donné l'utilisation importante de e type de traitement, il était indispensable de définir une donnée
permettant de mesurer l'efficacité du contrôle et du traitement.
- La première donnée définie est la DTM ( Durée Thermique Mortelle) : c'est la période de
temps la plus courte requise pour tuer tous les organismes d'une suspension microbienne à une
température spécifique est dans des conditions déterminées. On sait quand même que théoriquement il
n'est pas possible de tuer complètement une population microbienne. De ce fait, une seconde donnée a
été proposée, la valeur D
- La valeur D est la valeur de réduction décimale. C'est le temps requis pour tuer 90% des
microorganismes ou des spores dans un échantillon à une température spécifique. En général, on pour
en indice de la valeur D la température du traitement. Fig 5 : D121ºC = 1 min par exemple. La valeur D
peut être déterminée à différentes température d façon à estimer la résistance des microorganismes à la
chaleur. On peut alors calculer la valeur Z, c'est à dire l'accroissement de température nécessaire pour
réduire D à 1/10 de sa valeur. Fig 5 : D100 = 100 min
Ces valeurs sont très utilisées dans l'industrie alimentaire. Dans le cas de la mise en conserve, le
traitement des boites est effectué de façon à éviter le botulisme ( maladie provoquée par la
consommation de bactéries clostridium botulinum, ces bactéries ont la particularité de former des
spores ) donc le traitement thermique appliqué aux boites de conserves devra être suffisant pour
permettre la destruction de ces spores. 100ºC est insuffisant pour traiter les boites de conserve. On
travaille donc à une température de 121ºC. Le traitement doit être suffisant pour réduire une population
de 10^12 spores à 1 spore. Dans ce cas on aura pas une chance de trouver une spore par boite de
conserve.
exo :
D121 = 0.204 min
Z = 10ºC
T= 12 D car 10^12 spores
= 12 * 0.204
= 2.5 min
111 = 121 - 10
D111 = 10 * D121 = 2.04 min
T111 = 12 D = 24,5 min
-> Autoclavage (121ºC , 1 bar) <=> stérilisation
Si on travaille à une température supérieure à 100ºC c'est qu'il faut détruire les spores bactériennes.
Cette température est obtenue avec de la vapeur saturée sous pression. Cette vapeur vient remplir un
appareil appelé autoclave similaire à une cocotte-minute. De l'eau réchauffée pour produire de la
vapeur qui entre dans la chambre de l'autoclave et chasse l'air initialement présente. Lorsque tout l'air a
été chassé, on ferme les échappements et la vapeur continue de rentrer dans l'autoclave jusqu'à ce que
les conditions de stérilisation soient atteintes.

Cette technique présente quelques difficultés qui viennent du fait que l'on a besoin d'être sur de notre
traitement (sur d'avoir atteint la stérilisation).
- Si tout l'air n'a pas été chassé, on atteint pas les conditions de 121ºC, 1 bar. Il ne faut pas remplir trop
fortement la chambre de l'autoclave pour que la vapeur puisse circuler entre les objets.
- Si on veut stériliser des solutions de grand volume, la durée de traitement doit être suffisante pour que
le cœur de ces solutions atteigne 121ºC
Face à de telles difficultés, on autoclave souvent un indicateur biologique avec les objets à stériliser.
Cet indicateur est un tube de culture contenant une ampoule de milieu de culture stérile et également
une tige de papier recouverte de spores bactériennes. Après l'autoclavage, l'ampoule est casée, de ce
fait, la tige de papier se trouve plongée dans le milieu de culture. Le tout est incubé et si l'on observe
pas de croissance bactérienne, c'est que l'autoclavage est réussi.
Ce procédé est assez sur mais l'inconvénient est qu'il est long donc très souvent, au lieu d rajouter cet
indicateur biologique, on colle un morceau d ruban adhésif sur chaque objet à stériliser, le ruban
change de couleur au cours de l'autoclavage qui indique que la stérilisation est correcte.
-> Effet de ce traitement à la chaleur sur les cellules
La chaleur a pour effet de dégrader les acides nucléiques (ADN, ARN). Elle dégrade également les
enzymes et autres protéines et dans quelques cas, la chaleur dégrade également les membranes
cellulaires. Tout ceci entraînant la mort des cellules
-> Cas particulier de traitements pour des objets ou solutions sensibles à la chaleur
Dans ce cas là, on utilise un traitement appelé Tyndallisation, inventé par M. Tyndall, on appelle ça
également une stérilisation fractionnée à la vapeur.
Le procédé consiste à chauffer à 60-70ºC pendant 30 minutes - 1 heure, une fois par jour, trois jours
consécutivement et incubation entre chaque chauffage.
Le premier traitement thermique permet de détruire toutes les cellules sauf les spores bactériennes. La
plupart de ces spores germent au cours de la première incubation et sont par conséquent détruite lors du
deuxième traitement thermique. Les spores restantes ayant germées au cours de la deuxième incubation
sont détruites lors du troisième traitement thermique.
-> Pasteurisation (Louis Pasteur)
C'est un traitement thermique qui permet d'augmenter la conservation de boissons comme le lait ou la
bière grâce à un chauffage à basse température. La pasteurisation n'est pas une stérilisation, le but de ce
traitement est la destruction des germes pathogènes et la destruction d'autres microorganismes de telle
façon que la durée de conservation est augmentée.
Dans l'exemple du lait, la pasteurisation est un chauffage à 63ºC pendant 30 minutes. Et maintenant la
flash pasteurisation : 71ºC pendant 15 secondes. Ces traitements thermiques sont refroidit très
rapidement. La pasteurisation est appliquée aux produits naturels dont on veut conserver les caractères
organoleptiques (couleur, odeur, saveur) et augmenter la durée de conservation.
b) Chaleur sèche
C'est un traitement utilisé dans le cas de produits qu'il n'est pas souhaitable de mettre en contact avec
l'humidité. C'est un traitement qui peut permettre d'atteindre la stérilisation, le matériel ou les produits à
stériliser sont placés dans un four (160-170ºC) pendant en général 2-3 heures. La chaleur sèche entraîne
une dénaturation des protéines et une oxydation des constituants cellulaires, ce qui fait que les
microorganismes mouront à la fin du traitement.
Avantages : Contrairement à la chaleur, n'entraîne pas de corrosion (verrerie ou métaux)
Stérilisation de poudres, huiles...